[发明专利]一种收集波浪能的单摆式摩擦纳米发电机

说明书

本发明公开一种收集波浪能的单摆式摩擦纳米发电机，包括漂浮于水面的壳体以及设置在所述壳体内的摆动摩擦发电组件和固定摩擦发电组件，所述摆动摩擦发电组件包括摆杆和轴向分布并连接在所述摆杆上的随摆摩擦单元，所述固定摩擦发电组件包括与所述随摆摩擦单元形成发电组的固定摩擦单元；所述随摆摩擦单元与所述固定摩擦单元的摩擦面均为圆弧面，且同一发电组中的所述圆弧面的圆心重合，并与所述摆杆的摆动中心重合；本发明随摆摩擦单元与固定摩擦单元的摩擦面为圆弧面，圆弧面圆心重合并与摆杆的摆动中心重合，能够使得随摆摩擦单元与固定摩擦单元始终处在大面积接触的状态，能够提高摩擦面积的大小，进而提高单次摆动的发电量，提高发电效率。

技术领域

本发明涉及能源收集技术领域，特别是涉及一种收集波浪能的单摆式摩擦纳米发电机。

背景技术

波浪能被认为是一种重要的可再生能源和清洁能源，但由于目前主要依靠电磁发电，加上各种技术的局限性，特别是它在不规则环境和低频(5Hz)下的运行，开发的很少。一般现有的也只是采用利用波浪能推动电磁发电转动产生转子和定子的相对运动而进行发电，发电效率较低。

目前有摩擦纳米发电机(TENG)的技术，可以用来从低频水波中获取能量，现有技术中也存在部分利用纳米摩擦发电的手段，例如，申请公布号为CN111628673A的中国专利公开了一种多点式纳米摩擦发电单元及装置，该方案包括振动浮子、三棱柱式纳米摩擦发电装置，三棱柱式纳米摩擦发电装置主要包括一个内置隔板的三棱柱状箱体、四个插入箱体的实心三棱柱质量体、四组纳米摩擦发电机组。质量体分别插入被隔板分割的箱体空间且可自由滑动，同时在箱体与质量体摩擦部分安装纳米摩擦薄膜。该方案能够利用波浪的竖直运动，使箱体与质量体之间产生相对运动，将纳米材料之间的摩擦动能转化为电能，再由电能储存装置储存或直接输送给用电器。但是，该方案结构较为复杂，成本较高，且摩擦面的接触面积有限，导致发电效率较低。

由于海洋中的波浪频率极低，有时仅有0.01HZ，且波浪能具有不稳定的性质，收集这种能量非常困难。发电机在工作时，十分依赖于所捕获波浪能的频率，因此在通常情况下，发电机的平均输出功率较低。现有技术中，也有利用摆动的方式获得波浪能量的技术，例如，申请公布号为CN 111865133 A的中国专利公开了一种摆式摩擦纳米发电机及能量采集器，包括封闭的壳体和位于其内部的摆动结构，摆动结构包含摆杆以及自由摆动摩擦层，摆动结构由于外界激励在外壳内部摆动时，该摆动结构的自由摆动摩擦层随之摆动，通过与分布式摩擦层发生摩擦带电，对应在电极层上产生电学输出。该方案的摆动过程主要依赖于单一摆动摩擦层或相对设置的摆动摩擦层，采用单一摆动摩擦层时摩擦接触面积较小，发电效率较低，而采用相对设置的摆动摩擦层时，虽然增大了摩擦面积，但该结构并不利于摆动的动作形成，发电效率同样较低。

因此，如何提高现有的摩擦纳米发电机在收集超低频波浪能时的输出性能是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种收集波浪能的单摆式摩擦纳米发电机，以解决上述现有技术存在的问题，通过随摆摩擦单元与固定摩擦单元形成发电组并通过二者之间的摩擦运动进行发电，摩擦面为圆弧面，同一发电组中的圆弧面圆心重合并与摆杆的摆动中心重合，能够使得随摆摩擦单元与固定摩擦单元始终处在大面积接触的状态，能够提高摩擦面积的大小，进而提高单次摆动的发电量，提高发电效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种收集波浪能的单摆式摩擦纳米发电机，包括漂浮于水面的壳体以及设置在所述壳体内的摆动摩擦发电组件和固定摩擦发电组件，所述摆动摩擦发电组件包括摆杆和轴向分布并连接在所述摆杆上的随摆摩擦单元，所述固定摩擦发电组件包括与所述随摆摩擦单元形成发电组的固定摩擦单元；所述随摆摩擦单元与所述固定摩擦单元的摩擦面均为圆弧面，且同一发电组中的所述圆弧面的圆心重合，并与所述摆杆的摆动中心重合。

优选地，设置有多组发电组，同一发电组中，所述随摆摩擦单元的外凸圆弧面与所述固定摩擦单元的内凹圆弧面摩擦，所述固定摩擦单元中部沿所述摆杆摆动方向设置有第一条形孔。